[發(fā)明專利]一種延性電路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的制造裝置、方法及產(chǎn)品

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310085488.8
• 申請(qǐng)日: 2013-03-18
• 公開（公告）號(hào): CN103220882A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃永安;尹周平;文洲;布寧斌;劉慧敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H05K3/14
• 分類號(hào): H05K3/14
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于延性電路制造領(lǐng)域，更具體地，涉及一種延性電路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的制造裝置、方法及產(chǎn)品。

背景技術(shù)

延性電路（strechable?circuit）作為一種新興電子技術(shù)，又稱為可伸縮電路、柔性電路等，其不同于傳統(tǒng)的硅基板電路，由于具備獨(dú)特的柔性/延展性以及高效、低成本制造等特點(diǎn)，因而在信息、能源、醫(yī)療、國(guó)防等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，如空間膨脹結(jié)構(gòu)故障檢測(cè)、人造電子皮膚、大面積傳感器和驅(qū)動(dòng)器、可伸縮太陽電池等。考慮到延性電路經(jīng)常需要響應(yīng)構(gòu)造的改變并在其變形極限范圍內(nèi)延伸，以充分適應(yīng)它們的周圍環(huán)境，因此需要對(duì)延性電路設(shè)置有可適當(dāng)拉伸和彎曲的互聯(lián)結(jié)構(gòu)，以保證經(jīng)過多次拉伸和松弛后仍保證完好。

為了制備延性電路的互聯(lián)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了各種解決方案。例如，Khang.D.Y等提出了一種制備方法（參見“A?stretchable?form?ofsingle-crystal?silicon?for?high-performance?electronics?on?rubbersubstrates”，Science311(5758):208-212），其中首先采用傳統(tǒng)光刻手段在硅基板上生成厚度在納米至亞微米級(jí)別的單晶硅帶，之后把單晶硅帶轉(zhuǎn)移到有一定拉伸預(yù)應(yīng)變的彈性橡膠基材上，最后去除彈性橡膠基材的預(yù)應(yīng)變，使其恢復(fù)到自然狀態(tài)，則硅帶受擠壓會(huì)在垂直于基材方向發(fā)生屈曲變形，產(chǎn)生規(guī)則的、周期性可拉伸的波紋狀結(jié)構(gòu)。然而，這種直線纖維通過屈曲方式制備波紋互聯(lián)結(jié)構(gòu)的方法存在諸多不足：如光刻過程繁瑣、波紋結(jié)構(gòu)無法準(zhǔn)確定位、可能呈現(xiàn)平面外屈曲等。

為了簡(jiǎn)化制備工藝，提高制備效率同時(shí)利于封裝，CN102162176A中提出了一種利用靜電紡絲來制備微納波紋結(jié)構(gòu)的方法，其中通過將靜電紡絲高分子溶液經(jīng)由噴頭噴射出來，并經(jīng)過電場(chǎng)作用落在柔性基板上以形成波紋結(jié)構(gòu)。然而進(jìn)一步的研究表明，該方法仍然存在以下的缺陷或不足：首先，所制得的波紋結(jié)構(gòu)僅具備一級(jí)波紋，尤其作為互聯(lián)結(jié)構(gòu)運(yùn)用于延性電路時(shí)，可延展性方面有所不足，當(dāng)發(fā)生較大彈性變化時(shí)還是會(huì)發(fā)生斷裂；其次，該方法所制得的波紋結(jié)構(gòu)僅在波紋分布方向有較好的延展性，在其他方向尤其是與波紋分布方向垂直的方向上的延展性很差。因此，在相關(guān)領(lǐng)域中有必要對(duì)此互聯(lián)結(jié)構(gòu)件的制造裝置、制備工藝及其關(guān)鍵工藝參數(shù)作出進(jìn)一步的改進(jìn)，以獲得更為符合各類應(yīng)用場(chǎng)合的延性電路產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種延性電路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的制造裝置、方法及產(chǎn)品，其中通過對(duì)互聯(lián)結(jié)構(gòu)形成機(jī)理的進(jìn)一步研究，相應(yīng)調(diào)整制備工藝和制造裝置，可生成具備高延展性、高精度級(jí)的二級(jí)波紋結(jié)構(gòu)，并尤其適用于延性電路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的用途。

按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種延性電路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的制造裝置，該裝置包括注射器、高壓發(fā)生器、金屬收集板和振動(dòng)發(fā)生器，其特征在于：

所述注射器中充有靜電紡絲溶液并配備流量泵，由此在流量泵的作用下將靜電紡絲溶液輸送至與注射器一端相連通的金屬噴頭；

所述金屬收集板位于所述噴頭的噴射下方，它的上面承載有基板，并通過與之相連的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)一同沿著X軸或Y軸方向移動(dòng)；

所述振動(dòng)發(fā)生器與金屬收集板相連，并用于當(dāng)金屬收集板及所承載的基板沿著X軸或Y軸方向平移的同時(shí)，使其沿著與平移方向垂直的Y軸或X軸方向產(chǎn)生振動(dòng)；

所述高壓發(fā)生器的正極與金屬噴頭相連，其負(fù)極與金屬收集板相連，由此使靜電紡絲溶液在電場(chǎng)作用下從金屬噴頭向基板的表面噴射。

按照本發(fā)明的另一方面，還提供了相應(yīng)的制備方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

（a）首先啟動(dòng)流量泵，將注射器內(nèi)的靜電紡絲溶液輸送至金屬噴頭，接著通過調(diào)節(jié)高壓發(fā)生器的電壓，使得靜電紡絲溶液在電場(chǎng)作用下從噴頭向著基板的表面呈螺旋狀噴出；

（b）在噴射靜電紡絲溶液的過程中，使金屬收集板及所承載的基板在沿著X軸或Y軸方向平移的同時(shí)，還沿其與平移方向垂直的Y軸或X軸方向產(chǎn)生振動(dòng)；以此方式靜電紡絲溶液噴印至基板表面上，并形成所需的延性電路互聯(lián)結(jié)構(gòu)。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述金屬噴頭與金屬收集板之間的垂直距離被設(shè)定為0.3～2cm。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述高壓發(fā)生器在金屬噴頭與金屬收集板之間所施加的電壓為0.8～3KV。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述金屬噴頭的內(nèi)徑為0.3～0.8mm。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在整個(gè)制備過程中，通過調(diào)節(jié)金屬收集板沿著X軸或Y軸方向平移的速度以及振動(dòng)發(fā)生器的振動(dòng)頻率和振幅，來進(jìn)一步控制延性電路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的形狀和可拉伸比。